Investigadores logran envases biodegradables de fibras de madera que absorben menos del 1% de agua gracias al plasma
Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un tratamiento con plasma capaz de modificar la superficie de películas de nanofibrillas de celulosa (CNF) derivadas de la madera para reducir drásticamente su absorción de agua, un avance que podría acelerar la sustitución de plásticos de un solo uso en envases alimentarios.
El estudio, liderado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State), ha demostrado que una de las configuraciones de recubrimiento logró reducir la absorción de agua líquida a menos del 1%, mientras que otra permitió un mayor paso de vapor de agua, evidenciando la capacidad de sintonizar con precisión el comportamiento del material frente a la humedad.
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Las nanofibrillas de celulosa: alternativa prometedora con un punto débil
Las nanofibrillas de celulosa, conocidas como CNF por sus siglas en inglés, se obtienen a partir de biomasa renovable como la pulpa de madera. Con ellas se fabrican películas finas que reúnen características atractivas para el sector del envase: son ligeras, completamente biodegradables y presentan buenas propiedades de barrera frente al oxígeno y las grasas.
Dichas cualidades las convierten en una alternativa sostenible frente a los plásticos de origen petroquímico que se utilizan en productos como bolsas de patatas fritas, envoltorios de caramelos y bolsas de compota.
Sin embargo, la celulosa es higroscópica: atrae y absorbe agua del ambiente. Cuando una película de CNF absorbe humedad, puede perder resistencia mecánica y deteriorar su capacidad como barrera frente a gases, lo que limita su uso en aplicaciones donde la protección contra la humedad es esencial.
Ese inconveniente ha frenado durante años la adopción industrial de estos materiales, a pesar de su potencial sostenible.
Plasma DBD: modificar solo la superficie
La solución investigada consiste en emplear plasma de descarga de barrera dieléctrica (DBD) para modificar únicamente la superficie de las películas de CNF, sin necesidad de reformular el material en su totalidad.
El plasma DBD genera especies energéticas capaces de alterar la química y la estructura de la superficie de un material, depositando recubrimientos protectores en capas.
El equipo probó dos estrategias. La primera consistió en la deposición en modo estático de fragmentos de organosilicio utilizando 2,4,6,8-tetrametilciclotetrasiloxano (TMCTS) como precursor.
La segunda estrategia creó multicapas con químicas superficiales variadas, ajustando el gas portador del plasma y la química de los fragmentos de organosilicio.
Los resultados mostraron que es posible depositar de forma controlada capas hidrofílicas (inorgánicas) e hidrofóbicas (orgánicas) que reducen sustancialmente la absorción de agua y mejoran la protección en comparación con las películas no tratadas.
Menos del 1% de absorción de agua y control preciso de la humedad
El hallazgo más destacado es que uno de los recubrimientos tratados con plasma redujo la absorción de agua líquida en las películas de CNF a menos del 1%, lo que demuestra el potencial de la ingeniería de superficies para superar la sensibilidad inherente de la celulosa al agua líquida.
Sin embargo, no todos los tratamientos produjeron el mismo efecto. Otro de los recubrimientos debilitó la barrera contra la humedad y permitió un mayor paso de vapor de agua.
Lejos de ser un inconveniente, los investigadores ven en esta variabilidad una ventaja: la capacidad de sintonizar el comportamiento de la superficie permite adaptar las películas a diferentes requisitos de envasado.
Un envase para alimentos secos puede necesitar protección contra la humedad atmosférica, mientras que uno para alimentos refrigerados o húmedos puede requerir resistencia al contacto directo con líquidos.
Una tecnología más sostenible y escalable
La investigadora principal del estudio, Nathalie Lavoine, profesora asociada del Departamento de Biomateriales Forestales de NC State, señala que una de las principales ventajas del tratamiento con plasma es que la tecnología en sí es más sostenible que los procesos de recubrimiento químico tradicionales, que utilizan grandes cantidades de agua, generan altas temperaturas y producen residuos tóxicos.
Además, la tecnología ya se utiliza en la industria del envasado, lo que significa que el proceso de tratamiento con plasma DBD puede integrarse sin problemas en las líneas de fabricación existentes.
Lavoine destaca que “esta investigación proporciona una estrategia práctica para convertir fibras naturales de plantas y árboles en envases funcionales y resistentes al agua. Acerca a la sociedad un paso más a reemplazar los envoltorios de plástico cotidianos con materiales verdaderamente renovables y biodegradables”.
A pesar de los resultados prometedores, los investigadores reconocen que aún quedan varios desafíos por resolver antes de que el tratamiento con plasma DBD pueda llegar a la producción a escala real. Entre ellos, refinar el proceso para evitar que el vapor de agua se filtre a través de la película en aplicaciones de envasado donde la resistencia a la humedad es esencial.
La permeabilidad al vapor puede ser útil para productos médicos como apósitos transpirables, pero debe minimizarse para envases alimentarios.
También se requieren pruebas adicionales y optimización para evaluar la velocidad de recubrimiento, el consumo de energía y la durabilidad física del material, asegurando que pueda soportar las condiciones de manipulación y transporte a las que se someten los envases comerciales.
Asimismo, será necesario evaluar la seguridad para el contacto con alimentos, el rendimiento de barrera frente a oxígeno y grasas y la compatibilidad con los equipos de conversión existentes.
Próxima parada: Climate Economy Forum México 2026
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